仿真物理實驗室范文

導語：如何才能寫好一篇仿真物理實驗室，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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仿真物理實驗室是一個設備較為齊全的模擬真實實驗的物理教學軟件平臺，此軟件一般包括三個仿真模塊，即《運動及動力學模塊》《電學模塊》和《光學模塊》，各個模塊又各自包含許多實驗器具和集成實驗環境，學生可以在任意組合的虛擬的實驗環境中構建仿真的各種環境，自主設置實驗對象的各種參數，通過智能仿真做到動畫與數據的結合，以其實現逼真的物理實驗效果。

二、仿真物理實驗教學模式的構建

物理仿真實驗教學模式是在網絡版“仿真物理實驗室”環境下進行的實驗教學，是基于發現式探究教學理論的四個環節即創設情境提出問題、引導學生提出假設、驗證假設、歸納總結和“仿真物理實驗室”在高中物理實驗教學方面的切身實踐，逐漸形成對仿真物理實驗教學模式的構建。仿真物理實驗教學過程為：學生播放仿真實驗室中的內置課件教師創設情境提出問題并引導建立實驗假設教師根據實驗難度系數安排決定學生獨立實驗和小組協作實驗學生進行邏輯推理而探究實驗結論學生獨自驗證實驗結論并在一定條件下改變實驗參數進行實驗創新教師揭秘實驗難點并歸納總結實驗結論。

三、運用仿真物理實驗教學模式進行高中物理實驗的案例設計和分析

1.仿真物理實驗室在力學中的案例設計和分析

關于力學實驗涉及很多，但有些實驗在傳統的演示實驗的操作過程中會因為環境條件的限制會使得實驗結果發生一些誤差，但如果運用仿真物理實驗室在軟件環境中就可以創造出一個沒有阻力的環境，從而實現實驗預期目標。筆者擬選擇動量守恒定律來作為力學中的典型案例來闡述仿真物理實驗室的教學模式。以下內容為運用仿真物理實驗室進行動量守恒定律的教學過程設計：（1）創設情境一是播放仿真物理實驗室內置的課件進行動畫演示：兩個雞蛋同時從相同等距離的高度分別落到木質桌面和沙灘上，前者破碎而后者卻完好無損。二是拋出問題，如動畫演示現象如何解釋？或兩碰碰車相撞，其動量如何變化？三是提出實驗假設并進行實驗。把相撞的碰碰車或兩雞蛋抽象成仿真物理實驗室的兩個小球，觀察不同變量對兩個小球的變化。（2）實驗任務在仿真物理實驗室的網絡環境中，讓學生設定不同質量和相同質量兩種情況下的小球，分別實驗一靜一動相撞、相向相撞和同向相撞，計算兩小球動量變化的結果，并改變參數多次實驗來驗證動量守恒定律。（3）實驗過程一是在工具箱中選擇兩小球并據實驗需要設定質量和坐標參數；二是畫出一個20m長度的直線軌道并設置參數和為零的摩擦系數；三是將兩小球放置直線軌道上，分別進行一靜一動相撞、相向相撞和同向相撞并記錄速度；四是改變小球質量和初速度，多次實驗并對應記錄，探索動量變化規律；五是進行小組實驗并對實驗難點討論；六是老師歸納總結實驗結論。為深刻理解這一定律，可做這樣的實驗：運動的藍色小球沿左方向碰撞固定在彈簧上的綠色靜止小球（如圖1所示）。橫縱坐標分別為時間軸和速度軸，即代表兩小球的運動時間和速度變化。

2.仿真物理實驗教學模式對于高中學生的應用效果

筆者基于對某高中一段期間的實地調查和反饋，獲知學生通過仿真物理實驗學習，不僅學習興趣與日俱增，而且學生的思維能力和創新能力得到發展。例如，在創新能力考察方面，一是看學生是否由知識注重轉向能力注重，二是看學生對知識的應用和遷移能力。能力考察方式有許多種，在此只選取一例進行簡單說明。譬如教師可以給出一定的實物讓學生自主設計實驗來驗證動能定理。其中，一位學生這樣操作：將木塊A和木塊B用細繩連接繞過定滑輪，木塊A和木塊B分別與長木板右端和地面距離為h,放開A使B帶動A做加速運動，結果A離開長木板的同時B也恰好落地。這一實驗操作如圖2所示：

四、結語

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關鍵詞：虛擬仿真；物理實驗；多元化

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）03-0230-02

一、引言

實驗教學是高等教育的重要組成部分，是學生實踐能力和創新能力培養的必需環節。1961年摩根扎特（G.W.Morgenthater）首次對“仿真”進行了技術性的定義；1984年Oren給出了仿真的基本概念，提出了“仿真是一種基于模型的活動”的定義，被認為是現代仿真技術的一個重要概念[1]。近年來，隨著計算機普及和網絡技術的發展，虛擬仿真技術被廣泛應用于實驗教學，開創了一種新的實驗教學方式――虛擬仿真實驗[2，3]，它打破了實驗時間、空間、儀器套數的限制，采用虛擬仿真實驗與實物實驗相結合的教學模式，激發了學生的實驗興趣，提高了實驗教學質量[4，5]。本文就我校建設虛擬仿真物理實驗取得的經驗和成果作一介紹。

二、我校大學物理實驗教學的現狀

大學物理實驗課程是理工科學生進入大學后最先接觸的實踐課，是學生接受系統的實驗方法和實驗技能訓練的開端。該課程中所涉及的實驗知識、實驗技能和實驗方法是后繼實踐訓練的基礎，也是學生以后從事各項科學探索和工程實踐的基礎，同時該門課程涉及知識面廣，接觸各種類型儀器機會多，為后續課程內容的學習和知識擴展打下基礎，是其他課程的實驗環節所難以替代的。大學物理實驗課在實現我校的人才培養戰略中承擔如下任務：（1）物理實驗的基本理論和知識的學習；（2）實驗技能的學習和動手能力的培養；（3）實驗數據處理能力的培養和提高；（4）實驗結果的綜合分析和表述能力的培養；（5）針對我校的研究型大學定位，突出以物理實驗為載體，進行實驗設計能力、實踐探索精神、創新意識和創新能力的培養。根據大學物理實驗課程在我校人才培養過程中的的地位、作用和任務，我校物理實驗教學中心在實驗教學隊伍建設和優化、層次化課程體系建設、實驗開放教學模式探索、研究性教學實踐和實施創新教育以及實驗室開放運行與管理機制健全等方面進行改革，取得了長足的進步及具有推廣價值的成果。2007年被評為北京市實驗教學示范中心。但相比同類院校而言，我校物理實驗教學中心所開放的實驗項目（40個實驗項目）還遠遠不夠。鑒于增加實驗開放項目總數所帶來的資金的投入、實驗用房面積的增加和人員編制等問題及我校實際辦學條件，建設虛擬仿真實驗室，開設仿真物理實驗課是目前解決這些問題的有效途徑。

三、虛擬仿真實驗概述

虛擬實驗室（Virtual laboratory）最早是由美國的William Wolf教授在1989年提出的概念。計算機、多媒體網絡技術在網絡教育中的廣泛運用，使得學習的資源更加豐富，學習的形式更加多樣化，學習的安排更加靈活，這些都大大促進了網絡教育的迅速發展。同時虛擬仿真技術的蓬勃發展，為成功建設虛擬仿真實驗室提供了基本條件。虛擬仿真實驗模式有如下特點與優勢[3]：（1）降低實驗成本，減少校院財政支出。（2）解放學生思想，開發創造性思維。虛擬仿真物理實驗系統不會讓學生因為擔心元器件的損壞而畏首畏尾，為學生提供大膽探索的實驗環境。（3）增強學習興趣，理論與實踐有機結合，預習及復習筑固所學知識[6]。我校的學生生源，很大部分來自邊遠地區，學生在中學時代幾乎沒有走進過實驗室，對實驗方面的知識基本上來自課本，對實驗沒有感性的認識。虛擬仿真實驗室的建設提前讓學生通過網絡了解所作實驗，帶著問題走進實驗室，既提高了學生實驗操作效率，又激發了學習興趣。（4）彌補現實教學中內容的不足，解決供需矛盾，豐富實驗內容，拓寬學生學術視野。（5）虛擬仿真物理實驗教學可實行網絡遠程教學[3，6]。學生在本地計算機上通過安裝一定的程序便可使用安裝在遠程服務器上的虛擬仿真實驗，完成實驗過程。（6）開放性[7]。網絡實驗打破了傳統實驗的模式，學生不再受時間、空間的制約，可隨時、隨地進入虛擬實驗室進行虛擬實驗操作。

四、我校虛擬仿真實驗室建設

我校在引進中國科技大學開發的《大學物理仿真實驗2.0 for windows》[8]V2.5版本基礎上，架構建成網絡虛擬仿真物理實驗室。目前我校的大學物理虛擬仿真實驗室已初具規模，擁有專門的虛擬實驗室及性能良好的IBM（XSERIES_3500）服務器一臺，包括力、熱、電、光、電子線路、近代物理等學科的50多個實驗項目及實驗儀器庫，不僅包含《大學物理實驗》課程開設的實驗項目，還開發了傅立葉光學實驗、介電常數的測量、喇曼光譜實驗、牛頓環測量曲率半徑、透射式電子顯微鏡、受迫振動、掃描隧道顯微鏡（STM）等實驗項目。學生通過我?！按髮W物理實驗教學管理系統”點擊“虛擬仿真實驗”便可進入虛擬仿真實驗的“實驗大廳”（如圖1），在此頁面下雙擊某個實驗，安裝完畢后就可對該實驗進行操作。如果想初步了解某個實驗，單擊它便可出現“實驗簡介”、“實驗原理”、“實驗內容”、“實驗儀器”、“在線演示”及“實驗指導書下載”等不同的功能模塊。雙擊該實驗便可進行實驗操作。如圖2所示，擊右鍵在彈出的窗口選擇“開始實驗”即可進行實驗操作，系統自動記錄實驗數據，完成后實驗者可進行數據處理及實驗報告的撰寫。從2009級中部分學生抽樣試運行的反饋信息來看，學生反映良好，取得了一定的教學效果；同學們對這種全新的實驗方式、與實驗室不一樣的教學氛圍以及豐富的操作內容感到滿意，從而激發對大學物理實驗的興趣，提高了對該實驗課程的重視程度。下一步工作，我們希望在軟硬件及人員配置各個方面能得到學校的大力支持，開設出大學物理虛擬仿真實驗課程，營造多元化教學環境，用更多的實驗內容開擴學生的視野。

多元化教學模式必將代替保持幾百年的教育教學模式成為一種主流，虛擬仿真物理實驗為多元化實驗教學模式提供了更有力的工具。該實驗結合我校以工為主的多科性石油類高等院校的特色，發揮多元化教學模式的優勢，使之在培養學生的創新能力、實踐能力和研究能力上發揮重要的作用，為培養有鮮明個性的復合型石油類人才作出貢獻。

參考文獻：

[1]趙英俠.基于探究式學習的物理仿真實驗室的設計[D].長沙：湖南大學，2007.

[2]譚守標，霍劍青，王曉蒲.計算機虛擬技術在大學物理仿真實驗教學系統中的應用[J].中國科學技術大學學報，2005，35（3）：429-433.

[3]周燕.虛擬仿真技術在大學物理實驗教學中的應用[J].合肥學院學報，2008，18（3）：79-80.

[4]王曉蒲，霍劍青，楊旭，等.大學物理仿真實驗和教學實踐[J].物理實驗，2001，21（1）：28-29.

[5]霍劍青，王曉蒲，楊旭，等.發展教育技術營造多元化教學模式的研究與實踐[J].物理與工程，2004，14（2）：53-54.

[6]Dongil Shin，En Sup Yoon，Kyung Yong Lee，Euy Soo Lee.A web-based，interactive virtual laboratory system for unit operations and process systems engineering education[J].Computers and Chemical Engineering，2000（24）：1381-1385.

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申明:本網站內容僅用于學術交流，如有侵犯您的權益，請及時告知我們，本站將立即刪除有關內容。 【摘 要】本文通過分析當前大學物理實驗教學中存在的一些不足，結合物理仿真實驗自身所具有的特點，闡述了物理仿真實驗在我校實驗教學改革中的應用。 【關鍵詞】大學物理實驗 仿真實驗 教學改革 【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）32-0062-03

大學物理實驗是一門實踐性很強的課程，在對學生進行科學實驗方法和實驗技能的訓練、培養學生實事求是的科學態度、提高學生分析和解決實際問題的能力等方面有著不可替代的作用。

本文主要就是針對我校傳統物理實驗教學中存在的一些不足之處，結合物理仿真實驗的特點分析其在我校大學物理實驗教學改革中的應用。

一 當前我校大學物理實驗教學中存在的不足

1.實驗的預習效果不理想

學生上實驗課前都要預習實驗內容并寫預習報告，但由于學生面對的是條條框框的物理公式、枯燥的文字描述和毫無立體感的平面圖，對即將進行實驗的實驗目的、原理、步驟和實驗儀器都無法很好地理解和領會，更不要說實驗操作中需要注意的相關事項以及改進實驗的其他方式方法。為了完成老師布置的任務，大多數學生都會選擇盲目抄襲實驗教科書或者抄襲已經完成的預習報告，無法達到預習的效果。另外，由于課時的限制上課時老師也無法通過提問逐一檢查每個學生的預習情況。長此以往，導致學生對于物理實驗預習越來越不重視，形成一種應付了事的學習態度。

2.教學的方式單一，教學的手段過時

在傳統的大學物理實驗教學模式中，基本上都是實驗課堂上實驗教師簡單地講解實驗目的和原理，接著演示實驗操作，最后在教師的指導下讓學生自己動手操作完成實驗。這種言傳身教的實驗教學方式，使學生常常處于被動接受的狀態，實驗也變得比較枯燥無味，影響了實驗教學效果。這種教學方式不但不能提高教學質量，更加不能激發學生的學習主動性，不利于學生的獨立思考能力和創新能力的培養。

3.實驗資源有限，設備不足

近些年來，隨著我校的招生規模大幅度擴大和大學物理實驗這門課程愈來愈受到重視，使大學物理實驗教學面臨著嚴峻的挑戰。一方面是實驗教學儀器的頻繁使用，損耗嚴重，現有的實驗儀器設備更新完全跟不上實際需求;另一方面是實驗儀器的數量和實驗場地等教學資源的不足，導致學生不得不多人一組進行實驗，而且由于時間的限制不能讓每個同學都親自操作一遍實驗，很大程度上影響了物理實驗的教學效果。另外，一些近現代的物理實驗儀器價格很昂貴，因此開設的物理實驗項目不得不有所保留，這樣的結果就是讓學生不能完整地、系統地學習物理知識。

二 物理仿真實驗的概念及特點

1.概念

所謂物理仿真實驗是指利用計算機技術建立一個與真實實驗環境一樣的虛擬實驗環境，讓實驗者可以在其中進行各類物理實驗操作的一種當代實驗教學形式。雖然整個實驗過程是由計算機程序軟件運行完成的，但是更加方便學生在了解物理實驗過程的同時，有效地分析實驗的結果。

2.特點

中國科技大學研制的“大學物理仿真實驗”系統具有以下特點：（1）模擬了實驗儀器和實驗的整體環境。具有熟悉儀器、儀器使用說明和操作實驗儀器等功能，通過仿真實驗使學生對實驗從局部到整體建立起直觀的認識。（2）提供了具有高度真實感的界面，實現了儀器的模塊化。學生可對實驗儀器進行選擇、組合、拆卸和調整，對同一個實驗操作可用不同的實驗方法完成。實現了物理仿真實驗的可設計性和虛擬儀器的可操作性，這有利于培養學生的設計思考能力。（3）具有誤差模擬功能。對同一個實驗可以調整實驗條件和待測樣品參數等，從而得出不同實驗結果，同時還能對實驗數據進行統計分析，以評判實驗質量的優劣。（4）模擬了實驗教學過程。物理仿真實驗以實驗教學思想作為指導，通過解剖教學過程對實驗進行模擬，側重培養學生獨立思考和解決問題的能力。學生必須在理解的基礎上通過思考才能進行實驗操作，克服在實際實驗中出現的盲目操作和實驗“走過場”的現象，大大提高了實驗教學的質量和水平。（5）拓展了與實驗項目相關的理論內容、歷史背景和意義、現代技術應用等方面的知識，擴大學生的知識面，培養了學生理論聯系實際的能力。

三 物理仿真實驗在我校物理實驗教學改革中的應用

根據當前我校物理實驗教學存在的不足之處，結合物理仿真實驗的特點，我?？山⑽锢矸抡鎸嶒炇遥趯W校的教學管理系統中建立物理仿真實驗教學平臺，把物理仿真實驗應用到物理實驗教學中。

1.改善預習狀況，增加學習興趣，提高學習效率

物理仿真實驗對實驗目的、實驗原理、實驗儀器的結構及操作、實驗內容及步驟均有詳細的講解，并針對每一版塊設置了題目。課前要求學生必須進入學校教學管理系統中的物理仿真實驗教學平臺對實驗進行預習，在學生閱讀和理解了實驗原理和內容后，通過回答提出的問題來檢驗其對實驗原理和內容的理解情況，如果學生回答有錯誤，系統將給出提示，直到學生能正確回答問題后才能進行實驗操作，最后根據學生操作的步驟和實驗結果來判斷學生是否達到預習的要求，對于達不到要求的給出提示，直達達到要求為止。物理仿真實驗相對于實驗課本提供了直觀、豐富的學習環境，聲音配合圖像，簡單有序的實驗內容幫助學生從多方面進行學習，這樣必然會增大學生的興趣，調動他們的學習積極性。另外，經過物理仿真實驗的預習，讓實驗操作更加輕松，把實驗老師從傳統實驗教學的冗長講解中解放出來，給學生更多的實踐操作時間，極大地提高了教學效率。

2.改善了實驗教學受時間和空間限制的狀況

在以往的傳統實驗教學中，每節實驗課通常只有2個課時或者3個課時，很難在有限的時間之內要求學生完成實驗且達到實驗目的，實驗效果不理想。特別是對于一些實驗難度大、設備要求高的實驗，學生很難在短時間內理解實驗原理、熟悉實驗儀器、掌握實驗操作，而且課后學生也無法對實驗操作進行復習。應用物理仿真實驗，學生可在任何時間任何地點通過網絡對實驗的相關內容進行課前預習和課后復習，克服了傳統實驗教學中長期受課時、實驗場地的限制和干擾，使實驗教學內容在時間和空間上得到延伸。

3.減少實驗室對硬件資源的需求

在實物實驗中，一個操作不當就會導致實驗儀器損壞，嚴重的還會發生危險，無形中增加了實驗儀器的維護費用。但是，物理仿真實驗的虛擬性完美地解決了這個問題，即便學生操作失誤，也不會造成任何儀器損壞，更不會發生實驗危險，即使多次反復使用，也不會出現儀器的損耗問題。另外，由于實驗教學儀器昂貴、教育經費緊張，使得一些實驗項目無法開設，對于一些無法開設的實驗項目，可以通過物理仿真實驗進行講解和實驗演示，這樣在很大程度上緩解了實驗室硬件資源的不足。

4.有利于培養學生的自主實驗能力和創新實驗能力

在實物實驗時由于時間及安全問題，對于一些復雜的、危險性高的實驗不允許學生自行改變實驗參數。而物理仿真實驗中學生可以自主設置實驗參量、反復調整實驗儀器后，觀察實驗現象、分析實驗結果。這有助于培養學生的自主實驗能力和創新實驗能力。

5.促進教學改革

利用物理仿真實驗對傳統的實驗教學模式進行改革，采用物理仿真實驗和實際實驗相結合的二段式教學模式。第一階段學生課前通過網絡進入物理仿真實驗教學平臺對實驗進行預習，而且必須達到系統的預習要求;第二階段學生課堂內在實驗室獨立完成實際實驗操作。經過物理仿真實驗的全面預習后，讓實際實驗操作更加輕松快捷，把實驗教師從傳統實驗教學的冗長講解中解放出來，給學生更多的實踐操作時間，把學習的主動權真正的返還到學生的手里，讓學生積極主動地學習，極大地激發了學生的學習興趣，提高了實驗教學效率。

四 總結

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【關鍵詞】高中物理；虛擬仿真；實驗

目前對于物理演示實驗的研究主要集中于在新課改的理念下，怎樣才能更好的結合演示實驗與學生在課堂上的主體地位，從而創建高效課堂；對于仿真物理實驗的研究大多也停留在仿真物理實驗的深入應用和設計方面，對于仿真物理實驗在實驗教學中應用優缺點的討論。對于仿真物理實驗的課堂應用效果研究較少。本文的主要內容在于研究物理課堂中的傳統演示實驗與基于flash的物理仿真演示實驗的優缺點的討論，哪種實驗更有利于教學設計。

一、關鍵概念解釋

探究即“深入探討，反復研究”，筆者認為探究是人們發現問題、搜集數據、形成解釋、解決問題從而實現從未知到已知的一個知識建構的過程。實驗是學生進行科學探究的重要途徑，是物理課程目標和內容的必要組成部分，學生學習和運用物理實驗技能和科學探究方法。

虛擬仿真實驗是指利用多媒體和仿真技術在計算機上對傳統的真實實驗中的各操作環節進行模擬，實驗者可以像在真實的實驗環境中一樣完成各種實驗項目，所取得的實驗效果等價于甚至優于在真實環境中所取得的效果。虛擬實驗建立在一個虛擬的實驗環境（平臺仿真）之上，而注重的是實驗操作的交互性和實驗結果的仿真性。

二、高中物理實驗教學概述

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，在高中物理課程各個模塊中都安排了一些典型的科學探究或物理實驗。實驗是科學探究的重要方式，大體上可以分為如下四種：

A.儀器使用類實驗：如游標卡尺、彈簧秤的使用等；

B.測量類實驗：如測定勻變速直線運動的加速度；

C.驗證性實驗：如動量守恒定律的驗證等；

D.探究類實驗：如探究平拋物體的運動，探究加速度與力、質量的關系等。

三、虛擬仿真實驗的研究及應用現狀

目前最權威的仿真實驗教學系統是中國科技大學天文與應用物理系開發的大學物理仿真實驗教學系統，該成果在國內一些高校得到廣泛應用。這套軟件的特點在于采用面向對象技術建模，對儀器和器件實現模塊化，用數值模型建立儀器原理、實驗設計、操作的各種數學關系，用圖像模型表現操作的真實感，并用事件驅動方式將它們編制出來，使得這種軟件具有任意的操作性和真實的交互功能，實現可設計性和真實感。

與在高等學校中的發展和應用狀況相比，物理仿真實驗在普通高中階段仍然沒有很大的發展，很多高中物理仿真實驗，只是具有演示功能，離真正的交互實驗、學生自主設置實驗參數還有很大的距離。大多數只是在課堂上利用PPT來演示播放flas讓學生觀察，并沒有讓學生自己去操作。因此很大部分的仿真實驗還不是真正的仿真！缺少開發高中物理仿真實驗的人才，也是物理仿真實驗在高中鮮有應用的原因，一般情況下懂物理實驗教學的人不懂軟件開發，懂軟件開發的人不懂物理實驗教學。

四、高中物理仿真實驗設計與實現的必要性與優越性

1.仿真實驗引入高中物理實驗教學的必要性

高中物理是普通高中科學學習領域的一門基礎課程，與九年義務教育物理或科學課程相銜接，旨在進一步提高學生的科學素養。高中物理課程有助于學生繼續學習基本的物理知識與技能；體驗科學探究過程，了解科學研究方法；增強創新意識和實踐能力，發展探索自然、理解自然的興趣與熱情；認識物理學對科技進步以及文化、經濟和社會發展的影響；為終身發展，形成科學世界觀和科學價值觀打下基礎。

2.仿真實驗在高中物理實驗教學中的優越性

仿真實驗在高中教學中應用，它不僅可以逼真地模擬實際的物理環境，也可以模擬實際的儀器，大量的真實實驗都可以用仿真實驗來模擬和再現。而且，仿真實驗有著真實實驗無法取代的優越性，這具體體現在：

（1）仿真實驗具有可擴展性。

（2）通過計算機仿真模擬一些重要的、在現實實驗環境下難以完成的物理實驗，則可彌補常規實驗儀器的不足，提高物理實驗的演示效果。

（3）仿真實驗在計算機虛擬的環境下，可以完成現實條件下不可能完成的實驗。

（4）對于真實實驗無法完成的抽象的物理現象和實驗室無法完成的真實物理圖景，仿真實驗都可以完成。

（5）仿真實驗可以突破客觀條件限制，是一種較好的“理想實驗”法。

五、虛擬仿真實驗的優勢和不足

Flash因其采用矢量圖，具有交互性，所以虛擬仿真實驗的圖形界面可以做的非常逼真，操作也可以做到非常簡單，比 Matlab 等軟件在界面處理上要好很多，有利于我們讓學生更直觀的了解一些危險性實驗。

由于 Flash 主要用于簡單動畫制作、動態文字制作、廣告設計等領域，其本身不擅長科學計算，有時計算明顯具有誤差，并且在多層循環時，響應速度已經相當乏力，如果再在多層循環中進行大量運算，忽略仿真效果，忽略響應時間的問題，動畫能也幾乎不能正常運行了。

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關鍵詞：物理實驗、創新思維、創新能力

物理學是一門以實驗為基礎的科學,尤其是在大力推進素質教育和課程改革的今天，物理教學時應把物理實驗作為最重要的出發點,它是幫助學生探究物理知識最基本和最重要的方法和手段。

筆者在分析中學物理實驗教學現狀、初中新教材實施的基礎上,提出為了充分發揮學生思維的主體性,促進學生創造性思維的培養,提高學生的創新能力,應改革實驗教學現狀，在初中物理教學中進行低成本實驗教學。

1中學物理實驗教學現狀與新課程標準之間存在著差距

中學物理實驗是學生學習、探究物理知識的基礎,是培養學生的創新精神和提高創新能力的不可替代的實踐環節。然而在不少學校的物理實驗教學中卻存在著許多問題:

其一，重理論輕動手。由于中考、高考中實驗內容采用筆試和許多老教師上了多年老教材；一些學校的實驗儀器設備又不十分完備,特別是在農村學校。再由于考試和評估體系的嚴重偏差，消弱了實驗這一環節。有的教師用教師演示實驗代替學生動手實驗；甚至引發了“做實驗不如講實驗”,“講實驗不如背實驗”的荒謬作法，加之多媒體進入課堂,使得部分教師過分追求和迷戀多媒體的模擬實驗，這樣做結果是嚴重影響了學生思維能力和動手能力的發展。

其二，只動手不動腦。有的教師為了趕進度舍不得在實驗上花時間，在學生實驗中讓學生盲目地照課本或教師講的步驟按部就班,機械操作,更有甚者，教師預先印發實驗報告讓學生照“實驗報告”逐條操作,填寫數據。這樣學生做完實驗知其然而不知其所以然,同樣影響了學生思維能力和創造能力的發展。

2新教材幫助學生實現了知識與能力的轉化

新教材貫徹了“從生活走向物理,從物理走向社會”的課改理念。對許多知識點作了簡化,增加了實驗內容,安排了許多與生活實際聯系緊密的小實驗、小制作。它是幫助學生實現知識與能力轉化的最有效的方法。有意把一些小實驗安排在課外讓學生親自去做,就能起到激發學生的學習興趣,發揮學習的主動性,同時又豐富了學生的課外生活。對學生的獨創性、想象能力的培養有極大的好處,只要引導好,很多學生還能舉一反三，大大提高教學質量。

自制低成本實驗教具。做為一名中學物理教師應該具備自制教具，開展低成本實驗的能力。學會利用我們日常生活中的現有的物品,及學生身邊的物品來做實驗。

低成本實驗取材簡單,常常使用日常用品甚至廢棄物品取代實驗室專用器材,因而花費很少,因此要善于發現、挖掘身邊的“低成本實驗”。

應用低成本實驗可以不斷改進演示實驗,增強演示實驗的趣味性、直觀性,啟發學生思維,加深對物理概念的理解。

例如:在“壓強”的教學中,為使學生弄清壓力、受力面積和壓強這三者的關系,出示兩塊木板,一塊木板上裝有三到四顆釘子,另一板上裝上密密麻麻的許多同樣的釘子,把盛滿紅水的同規格的兩個薄塑料封口袋,分別輕輕放在兩板的釘子上,讓學生觀察實驗現象,結果放在三到四顆釘子上的薄塑料封口袋被戳破,紅水流出,另一袋沒被戳破,為什么會出現這樣的現象呢?要求學生從課本中找出答案,得出實驗結論:在壓力一定的情況下,增加受力面積可以減小壓強。

應用低成本實驗還可以創造性地設計小實驗,讓學生真正理解物理概念,突破教學難點。

例如:浮力方向總是豎直向上的。學生雖能理解浮力的方向是向上的,但理解“總是豎直向上的”就有一定的困難。為了突破這一難點,可以設計如下一個實驗:將軟線的一端用透明膠固定在乒乓球上,線的另一端固定在一個去了底的可樂瓶口(口用瓶塞塞好),往可樂瓶中灌水,乒乓球浮在水中,此時系著乒乓球的線是豎直的,說明乒乓球受到水的浮力是豎直向上的。將可樂瓶傾斜,系乒乓球的線仍然是豎直的,說明乒乓球受到的浮力仍是豎直向上的。向不同方向傾斜可樂瓶,會看到線總是豎直,所以浮力方向“總是豎直向上”的。

在應用低成本實驗時，利用日常器具進行小制作,要手腦并用,重在創新。

例如,做阿基米德原理實驗,缺少溢水杯,可以組織學生用一次性杯子,在杯底插入一根吸管,吸管口低于杯口便可制成一個簡易的溢水杯。再如,用收集到廢鋼鋸條可以做許多實驗。例如:振動發聲;音調跟頻率的關系;響度跟振幅的關系;力使物體產生形變;磁化、磁極間的相互作用等等。還有,通過搓手發熱的活動來感受摩擦生熱;用手打桌子,手感到痛,說明力的作用是相互的等等。

3低成本實驗的教育特點

價廉。由于它隨手取材,教師和學生自己制作,成本價廉,有利于普及,自制低成本教具是解決資金短缺的得力措施。

親切。由于取材于學生身邊熟悉的東西而且制作又比較簡單,因此有利于消除學生實踐研究的神秘感,激發學生參與活動和學習的興趣,這是激發學生學習動機的鑰匙,這正是許多學生喜歡自制教具的直接原因。

簡單明了,易于揭示事物的本質特征。由于這些教具主要是教師或學生在教師的指導下完成的,教師對教學的需要體會深切,力圖使設計符合學生的認識規律。因此應用它的教學效果一般都比較好。

篇6

[關鍵詞]職高物理實驗教學現狀改革對策

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，回顧物理學產生和發展的過程，可以看出物理實驗自始至終都占有極其重要的地位。無論是經典物理學的建立和發展，還是現代物理學的進展都與物理實驗息息相關?？梢灶A言，未來物理學的發展一定離不開物理實驗。在職業高中的各門基礎課程中，物理課在提高學生的科學素質方面起著無可替代的作用，實驗在物理教學中更是占有著舉足輕重的地位。加強實驗教學，提高物理教學效果和開發學生創造能力，在加強素質教育的今天，顯得更加突出，尤為重要。

1實驗在物理教學中的地位和作用

在新的職業高中物理教學大綱中，已明確指出：觀察現象、進行演示和學生實驗，能夠使學生對物理事實獲得具體的、明確的認識，這是理解概念和規律的必要的基礎。觀察和實驗對培養學生的觀察和實驗能力，培養實事求是的科學態度，引起學生興趣，具有不可代替的重要作用?quot;可見沒有物理實驗，很難達到物理教學目的。

回顧物理學產生和發展的過程，可以看出物理實驗自始至終都占有極其重要的地位。所有的物理知識，都是在實驗的基礎上建立起來的。物理實驗作為物理教學的基本手段，有其特殊的教學功能。

1）通過實驗可以使物理教學理論聯系實際，引起學生學習興趣，引導學生發掘問題，激發其求知欲望，從而調動他們學好物理的主動性和積極性，引導他們熱愛科學。

2）通過加強實驗，不僅可以使學生具備一定的感性認識，更重要的是使學生進一步理解物理概念和定律是怎樣在實驗基礎上建立起來的，從而有效地幫助學生形成概念，導出規律，掌握理論，正確而深刻地領會物理知識。

3）通過實驗培養學生的觀察能力、思維能力、自學能力以及發現問題、分析問題和解決問題的能力；培養學生良好的實驗方法以及基本的實驗能力和動手能力，并且在此基礎上進一步培養他們的獨立工作能力和創新能力。

4）通過實驗培養學生從事科學研究應當具備的嚴格的科學態度，科學的思維方法，嚴謹的科學作風，逐步學會物理研究中基本的科學方法。

鑒于實驗教學的地位和作用，我們不僅應該重視實驗，而且應該在理論教學中認真貫徹以實驗為基礎的原則。

2職業高中物理實驗教學的現狀

隨著素質教育的進一步深化，我們國家不少專家學者和廣大物理教師對職業高中物理實驗的重要性的認識和感受逐步加深，物理實驗教學改革也正在密鑼緊鼓地進行著。但是應看到，到現在為止，物理實驗教學的現狀在我們國家還是不容樂觀的。

1）職業高中物理實驗教學的基本情況。據抽樣調查，現在有些職業高中對專業課的實驗要求普遍較高，投入的資金也很足，而作為基礎課的物理實驗卻普遍重視不夠。不少學校的物理實驗數目達不到教學大綱的要求，甚至有相當一部分學?；旧弦粋€學生實驗都不做。即使有的學校按要求完成了，但是實驗教學的效果往往不理想。

2）學校和教師受傳統教育的影響，普遍存在著重理論輕實驗的思想。教學方法普遍采用講授法。有的老師甚至認為學生不會動手做實驗不要緊，只要會動筆考實驗就行。由此而引發了做實驗不如講實驗，講實驗不如背實驗的荒謬作法。加之科技的飛速發展，多媒體進入課堂，使得部分教師過分追求，迷戀多媒體的模擬實驗，讓學生看看了事，不重視讓學生看實物，實際操作．總而言之，目前相當數量的教師不做或少做實驗，放棄了運用實驗的直觀教學方法，這一現象嚴重妨礙了培養具有創新能力的人才．這樣教出來的學生一遇到實物就束手無策，不知道如何動手。

3）由于認識上的不足，教師在實驗教學的組織上、在教學過程中、在物理成績的考核上都存在著問題。例如：由于教師不愿在實驗教學方案的設計上下工夫、花時間，導致實驗教學方法形式單一、陳舊；單純為了完成教學任務而安排實驗，對學生實驗能力的培養顯得沒有計劃、沒有目的、缺乏系統性。同時對?quot;引導學生積極、主動地學習，培養學生獨立思考的能力和習慣的指導思想不夠明確，教師在實驗教學中一手包辦現象嚴重，學生最多只是機械模仿，缺少動手和動腦的機會，能力得不到相應的提高。

4）實驗教學模式僵化，物理實驗教學的基本原則沒有得到充分的體現，教學方式呆板．從教學內容到教學方式沒有給學生留出足夠的發展空間．就分組實驗來說，教材從實驗目的、實驗原理、儀器、操作步驟到注意事項，寫得面面俱到．然而每次實驗課教師還要花相當長的時間根據教材講實驗目的、原理……，然后學生照著現成的實驗步驟或跟著教師動幾下，取幾個數據，實驗就算完成了．這樣做實驗，收獲不大．再說，現階段往往是一個班的學生同一時間做同一個實驗，用同一種方法、相同的儀器，都要在規定時間內做完，得出同一結論，這樣就有可能導致部分學生看別人怎么做，自己就怎么做，特別是兩人合做時，有極少數學生只看不動手，也不留心實驗觀察，不記錄有關數據，更談不上去思考．這種教學模式不利于提高學生發現問題和解決問題的能力，不利于引導學生突破思維定勢這個思維障礙，不利于學生創新思維方法的形成，不利于學生智能的發展。

以上實驗教學的現狀，極大地影響著物理教學質量，與物理教學目的、教育改革的要求和物理實驗教學重要地位很不相稱，與時展對人才的要求很不適應。

3促進實驗教學改革的幾個配套措施

我們應當看到當前職業高中物理實驗教學薄弱，是有很多方面的原因。在分析問題、解決問題的時候也應從這些方面進行，應針對職業高中物理實驗教學現狀，從素質教育的高度，從這些制約因素出發，進行職業高中物理實驗教學改革，使實驗教學能充分發揮其在素質教育中的特殊作用。那么要加快實驗教學改革的步伐，首先要抓好幾個配套措施：

3.1轉變觀念

職高學校上至領導，下到學生，對基礎課普遍不夠重視，認為可有可無。職業高中物理實驗教學的現狀在很大程度上與觀念有關，要促進實驗教學改革，轉變觀念是關鍵問題。

教育是培養人的一種社會大行動，應該要從家庭、學校、社會來統一考慮。我們不能把物理實驗教學的現狀單單的歸咎于物理教師，其實不少教師是深知物理實驗的重要性，而且也曾經設想或嘗試采用較好的教學方法，但迫于各方面的壓力，教學課時上的限制，最后不得不放棄。因此要轉變觀念，就要轉變整個社會的觀念。要讓學校和教師，特別是社會上的人們認識到教育不能追求暫時的表面的效果，不能急于求成，而要著眼于未來，特別要著眼于學生在未來社會的作用與價值。教育不能帶有功利性，而要為社會培養真正的人才。

學校領導樹立了新觀念，觀念端正了，才能在課程設置、經費投入、師資調配和其他相關方面充分考慮到物理實驗教學的實際需要，并在一定程度上對實驗教學改革給予保證。同時也只有讓學生、家長知道素質教育的重要性，使他們從以前單單追求短期學生成績和升學率的片面認識中轉變過來。這樣才能給廣大物理教師一個廣闊的發揮才干的空間，使他們能自由地投身于物理實驗教學改革中去，充分發揮主觀能動性，在教學中大膽采用創新教學方法。只有這樣得到各方面的大力支持，物理實驗教學的改革才能大步向前邁，才能改進現狀。在物理實驗教學上，以教師為中心的教育觀，把物理實驗教學作為教師傳授知識、學生鞏固和理解知識的輔助教學手段。

可有可無的情況。以學生發展為中心的教學觀，則把物理實驗教學作為整個物理教學過程的一個重要環節，啟發學生主動地獲取知識，培養和發展學生的能力。因此，改變傳統的教育觀，樹立新的教育觀念，實施素質教育，就要不斷提高對實驗教學基礎地位的認識，從提高實驗教學的效果，激發學生學習興趣，提高學生的能力出發，認真改進、大力加強實驗教學，把實驗教學真正移到以實驗為基礎上來。職業高中物理教師樹立了這個教育觀后，教師就會千方百計地重視實驗教學，努力做好實驗。

3.2改革教材。

要推進實驗教學的改革，應改革現行的教材。改革的主要思想是，教材應重視學生實驗能力的培養，應體現以實驗為基礎的學科特色。在物理教學中，注意讓學生通過自已動手實驗學習物理知識。

1）現行有關實驗的教材甚少，有關教育部門集這方面的專家學者根據各種實驗教學類型編出相應的物理實驗教材，供學生用書，并作為教師教好實驗的參考用書。編成一個由正規的學生實驗、實驗練習題、課后隨堂小實驗以及課后小制作等組成的系列實驗教材。當然還要適當增加一些能提高學生操作技能和拓寬知識面的課外讀物。

2）對于學生實驗應有一套專門的正規的實驗教程。這個教程能與課本獨立開來，有培養學生閱讀能力和自學能力，提高實驗技能，掌握科學思維方法等功能。這一教程的編寫應注意以下幾個方面：

一）要讓學生上好實驗課，預習是非常重要的環節。教程應根據實驗內容布置一些預習思考題，讓學生在閱讀中思考，加深對原理的理解。例如：在研究勻變速運動的規律實驗中可提出：1）根據紙帶上的點，能判斷小車的運動性質嗎？什么情況下作勻速運動，勻加速運動，勻減速運動？什么情況下作加速運動，減速運動？2）為什么我們不一定從運動物體剛剛運動時打出的點作為起點，而從中間某一個作為起點？這樣做有什么好處？在紙帶上可以把任一個點選作起點（不一定從第一個點選起），為什么？3）兩個連續的記數點怎樣選擇？是不是選兩個相鄰的點？為什么我們常用打點計時器打五個點的總時間為時間間隔，而不是逐點選??？4）通過紙帶上打下的點怎樣計算加速度？怎樣計算即時速度？學生通過預習能做到實驗前心中有數。只有讓學生先動腦筋，課上才會動手。

二）實驗教材應突出學生的主體地位，教程應在實驗的各個階段（實驗前、實驗中、實驗后）對提出一系列富有啟發性的問題，或根據需要，提出學生不易回答的問題。同時啟發學生提出問題，問題一經提出，實驗的目的也就很清楚了，學生也會帶著問題做實驗，在實驗時分析、解決問題。

三）教程在介紹實驗器材不要像抓方一樣羅列在學生的面前，讓學生機械地搬用；而是應該用開方的方法引導學生根據實驗目的和實驗原理來選取實驗器材。使學生明白為什么要選用這些器材進行實驗以及除了老師提供的器材外還可以選用哪些器材來代替。同時可以用例子來鼓勵學生自制儀器進行實驗，可以讓學生收集我們日常生活中常見的物品，來替代原有的器材做各種實驗。

四）現在很多學生很希望能親自參與設計實驗。教程要特別注意處理好統一要求與學生的個性化發展的矛盾沖突。在規定學生完成一定的實驗計劃和要求的前提下，教程可以鼓勵、引導學生不拘泥于教程中的做法，可以進行一些創新改進，或自己另外設計不同的方案或者自己提出實驗研究課題，設計實驗方案，獨立或與同學合作進行實驗。

五）教材應對學生實驗提出明確、具體的要求，要讓學生帶著一定的任務來做實驗。有了具體要求，學生實驗時才有矩可循。當然提出的要求要循序漸進，在不同階段，提出的要求應有所不同，在剛開始做實驗時可以只提出簡單要求，循序漸進，然后逐步提高。當然教程在編寫實驗時也應注意分出層次：開始幾個實驗可以詳細的給出實驗的各個環節，例如：實驗原理、實驗目的、實驗步驟、數據表格、實驗報告的書寫模式等。先讓學生打好基礎，養成按一定程序有條不紊地進行實驗的習慣；以后的實驗就不再這樣，而是逐步引導學生在理解實驗原理和內容的基礎上，自己獨立地列出實驗步驟、自制實驗表格等，從而提高學生的實驗能力和素養。

3）利用多種有效渠道增加實驗在教材（區別于上述的實驗教程）中的比重，盡可能的增加學生動手實驗的機會。例如：在教材中可以適當增加一些有趣的實驗來引入課題，激發學生學習愿望；或增加一些簡便易做的課堂實驗，使學生利用手邊的學習用品或生活用品就能自己動手實驗，觀察現象。這樣既可以使學生多動手做實驗,又有利于學生理解理論知識。又或者在各章節后面的閱讀材料或開?quot;小實驗欄目介紹有趣的實驗等，這也會大大提高學生的動手能力和學習積極性，加深對知識的理解。多數學校儀器設備不足，物理實驗教學受到限制。為了在儀器設備不足的條件下加強實驗，。教材也可重點安排不必使用專門儀器、簡單易做的課堂實驗、實驗性習題和課外小實驗、小制作，并把一些過去由教師演示的實驗，改為既可以演示又可以由學生自己動手做的實驗，供教師選擇。還可鼓勵學生結合所學物理知識自己設計一些實驗。不要單單采用陳述性的語言，而應該多一些啟發性，比較生動的言語或問題來編寫實驗。例如在編寫時可以通過設置一些類?quot;看一看、問一問、想一想、做一做等環節來促使和引導學生多觀察、多發問、多動腦、多動口、多動手，逐步培養學生能力。4）由于我國地域遼闊，人口眾多，各地區經濟文化發展不平衡的國情，試圖只有一個大綱，一套教材的做法是行不通的。

5）教材改革是一個長期過程，隨著社會、教育形勢的發展，舊的矛盾解決了，新的矛盾又會產生。知識不斷在更新，教育也應該要有新的內容、新的知識，因此，不斷研究教材在使用中存在的問題，隨時注視國外教材的最新動向，每隔一定時間對教材作一次較大的修訂，可以使教材不斷更新、不斷適應新的教學要求。例如：教材改革要對于一些陳舊過時，或者說明問題不夠直觀，又或者在說明問題時出現漏洞的演示實驗必須剔除或者改進，添加一些已經解決了困難的物理疑難實驗等。同時在改革教材添加與生活、科技的聯系緊密的實驗課題，應反映物理科學的變革，讓學生多了解近、現代物理方面的重大實驗成果，知道這些成果對人類發展的重大作用從而激發他們學習物理的極大興趣，并且重視物理實驗。同時也讓學生知道多一些新的知識。

3.3提高教師自身素質。

戰斗在教育第一線上的教師是實施教育的直接參與者，要真正運用好物理實驗，使之對提高教學質量發揮出獨特的作用，需要教師具備的實驗教學的素質，既要有物理學理論和實驗知識，又要有教育學、心理學和教學法的知識，還必須腳踏實地親手實踐。

科學在發展，教育也要發展，沒有一成不變的。作為一名物理教師要通過不斷的學習使自己的實驗教學能力和知識水平提高，使自身具備良好的實驗能力和實驗技能；要有鉆研和創新精神，例如對物理中的疑難實驗進行專題學習和研究、改進一些實驗等；也應接受新的教育理論、新的教育思想，指導自己的教學實踐。同時各地區教育部門應組織力量定期對在職教師進行培訓或組織在職教師進修。其他教育教學方面的培訓在有些地區已經開展，但針對物理實驗方面的相對較少?？梢赃M行針對物理教師在物理實驗中對實驗的

設計，實驗測量的操作技巧，設計、改進實驗以及排除故障的創造性能力，實驗考核的命題能力等方面的培訓，此外通過舉行各級研討會，提供物理教師間交流與探討的機會，從而相互促進。

3.4重視實驗教學目標的實施

1）確定實驗教學指導思想，強化實驗教學目標

在職高物理實驗教學過程中確定以實驗為基礎，用實驗來展開激發學生的實驗興趣，發揮學生參與教學的主動性和積極性，培養學生操作實驗、設計實驗的實踐能力和創造能力．加強實驗教學的研究，盡量把驗證性實驗改為探索性實驗，把演示實驗改為邊講邊實驗，通過挖掘教學內容的學術性，有機地把課內探索延伸到課外?？傊?，尊重科學，實事求是，面對群體，以實驗創新教育為前提，使學生達到掌握物理實驗技能和科學方法，養成科學態度，學會運用實驗手段解決物理問題的能力為指導思想，強化實驗教學目標，要求學生在實驗的全過程中自始至終抓好七個正確：其一，選擇儀器正確；其二，安裝調試實驗裝置正確；其三，操作規程正確；其四，觀察方法正確；其五，測量讀數正確；其六，處理數據正確；其七，實驗結論正確。

2）探索改革實驗教學模式，發揮主導、主體功能

大力探索改革不適應新時期形勢的職高物理實驗教學模式，建立起按科學設計實驗教學程序、優化實驗教學過程、指導實驗方法、培養創新能力的引導-探索-實驗-掌握教學模式。這種教學模式應充分發揮教師的主導作用，突出學生的主體地位。教師充分相信學生，使學生主動參與實驗．課本讓學生看，實驗讓學生做，思路讓學生想，疑難讓學生議，錯誤讓學生析。讓學生獨立設計實驗，利用物理實驗，發揮學生的主觀能動作用，最大限度地調動學生自主學習的積極性和主動性。變單向信息傳遞為雙向式、多向式信息傳遞與交流，教師在課內講重點、關鍵點和注意點，發揮好主導調控作用．主要方式是采取提問、答疑、討論、觀察實驗現象、動手操作等．在實驗中，加強對學生實驗方法和創新能力的培養。

按教學大綱規定必做的分組實驗，采用一人一組，總體安排，并將學生分成三種類型：第一類是理解能力差，反應較慢，動作緩慢；第二類是思維敏捷，動作粗糙；第三類是獨立思考，動手能力強。不管哪類學生整個實驗過程全部由學生自己獨立完成，教師必要時答疑引路。另外還要改革實驗報告的書寫，實驗報告不要求統一的格式，只要求與物理教學相聯系，寫出本實驗成功的關鍵、有何不足。

3）改革考試方法，加大實驗考核力度

以前我們在物理考考試中，在檢查學生實驗部份的掌握情況時，基本上只局限于書面考試，關于實驗能力、特別是實驗操作技能的考試很少，導致出現學生背實驗、紙上談實驗的狀況實驗考核極不全面。職高物理實驗考試總體要求是把考理論和考操作結合起來，全面反映學生實驗課的基本要求；不論哪類學生考試的原則都是把考實驗和做實驗結合起來?？荚嚦煽冇善綍r考核成績、理論考試成績、操作考試成績幾個部分組成，三者的比例為2∶2∶6。平時考核內容包括上課到位率、認真程度、實驗報告的書寫等三個方面；理論考試可全面考查學生掌握實驗基礎知識的廣度與深度；方法是在期中、期末考試卷中加大實驗理論題的比例。操作考試是根據教學大綱的要求把實驗操作能力要達到的教學目標加以分解，并按實驗內容難易程度將考試分解為考基礎實驗，一般以大綱中規定必做的實驗為主，時間一般安排在每學期期中、期末前兩個星期內。另外對2）中第二、三類學生還要增加綜合性和設計性實驗的考試，所謂綜合性實驗考試是將不同的實驗進行組合，綜合解決較復雜的問題，要求學生利用本實驗手段去解決新的問題?？荚O計性實驗時，根據教師提出的實驗目的要求，學生自行設計實驗方案，完成實驗，時間安排在課外科技制作課上進行，開展豐富多彩的第二課堂活動

1)把課外活動納入實驗教學的范圍是實驗教學改革的重要環節，為了從多方面培養學生做物理實驗的興趣，在學生掌握了一些基本實驗技能后，應按統一計劃，組織好課外活動，配合課堂實驗教學，具體措施，一是根據教材實驗特點和青少年的心理要求，精心設計課外活動的內容。做到既注意內容和形式的統一，又注意活動的趣味性。保證兩課的內在聯系。二是抓好落實，一學期的實驗內容要事先確定，建立活動小組，安排好輔導老師，以保證課外活動經?；?、制度化。把課內和課外內容銜接好，課內課外就能相互補充。此外，利用課外活動這塊陣地，我們還舉行了許多別開生面的專題講座、專題答辯會、科技信息講座、小制作、小發明等，對促進實驗教學起到了很好的作用。

2)舉辦綜合性實驗競賽，將知識性、趣味性、科學性和群眾性融為一體。為了鞏固實驗教學的質量，使課外活動具有更大的吸引力，每學期定時舉辦規模較大的實驗競賽活動。

3)引導學生日制學具、教具，參加小發明、小制做活動，培養創造型人才引導學生進行發明創造，參加自制學具、教具的活動，一方面可以鞏固課內實驗所學的知識和初步掌握的基本實驗技能，更重要的是培養了學生的創造能力。在這個活動中，學生們大膽設想認真設計，精心操作，這是傳統的教學過程無法達到的。引導他們自做學具、教具，鼓勵他們創新。在這一活動中，應始終堅持真（原理科學）、新（設計新穎，采用新技術）、美（設計簡單合理，主次分明），在整個活動中自然形成以學生為主體，并由一批骨干隊伍帶動，發展到全班學生紛紛動手，大大提高了學生的實驗技能和理論水平，豐富了學生的課外活動的內容。

3.6實現兩個保證

職業高中物理實驗教學改革，還有賴于一個教育系統目標、各方面的政策、經費投入等的保證。例如：改變實驗室的管理方式，經常性地對學生開放實驗室，提供第二課堂陣地，鼓勵學生根據學習的需要或教材中的小制作等自行設計一些驗證性或探索性實驗?？墒菍嶒炇乙驅W生開放，是有一定的困難的。困難在于支付包括有關人員工資、水電等等在內的一切費用，沒有足夠的經費去支持實驗室向中學生開放。因此，資金的保證很重要。國家要設立專門經費來支持特別是經濟落后地區學校的實驗?教育設施。例如有的學校的物理實驗樓裝修得很漂亮，實驗室的外在硬件設施都很好，可?quot;內在--實驗器材卻很缺少，很落后。因此學校應把有限的經費用在最基本的教學需要上為好，給實驗教學的順利開展提供一定的保證，少一些形式上的東西。

還有，教學上學生實驗的時間太少，學生能夠用于自由支配，根據自己的愛好去做些小實驗搞些小發明并進行思考鉆研的時間被學校設置的課程和布置的作業充斥掉了。因此，物理實驗教學改革的推動還有賴于學校對學生在這方面時間上的保證，增加實驗的比重。

結束語可以相信，只要切實地抓好制約物理實驗教學改革的幾個配套措施，通過廣大物理教師、教育研究工作者的共同努力，職業高中物理實驗教學改革的步伐將進一步加快，實驗教學的現狀將得以改變。

參考文獻：

1．安忠、劉炳升中學物理實驗教學研究高等教育出版社

2．張民生中學物理教育學上海教育出版社

3．趙凱華對中學物理教學改革的意見和建議（1）物理教學探討2000，4（1）

4．郭昭全、何勝紅高中物理學生實驗課改革的實踐與思考物理教學探討2000，8

篇7

[關鍵詞]工程仿真 三維動畫技術 LNG產業鏈 3DS MAX

中圖分類號：G540 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）11-0133-01

1、工程仿真動畫整體設計

1.1 項目背景介紹

LNG（Liquefied Natural Gas）即液態天然氣，是一種清潔，高效的能源。其產業鏈大致可以分為三段，每段包括幾個關節。項目要求用影視語言對氣電公司的主工業園區及LNG產業鏈進行生動的描述。運用三維動畫和多種剪輯合成技巧進行設計制作，得到生動真實、視覺效果和邏輯性很強的工程仿真動畫。

2、設計定位及策劃

對于工程仿真動畫，除需要展現廠區設施、自然環境外還需要展現相關工業流程，體現工程的真實物理過程，所以通常采用寫意與寫實相結合的表現手法。

在對LNG產業鏈的三維動畫設計中，采用該種表現手法，以精細的三維動畫描述各關鍵環節的工作情況，總體過程按照產業鏈邏輯脈絡，將大量的視覺信息（三維動畫、靜態圖片、視頻等）進行邏輯性的組合、穿插，配合一定的字幕共同傳達信息。充分利用影視語言表現手法進行敘事，結合精心選配的音效、背景音樂營造氣氛；整體畫面體現出氣電公司產業鏈的工作過程，傳達信息令人信服。

3、基于真實物理的仿真建模方法

3.1 運動物體模型對象

涉及自身運動的模型對象往往是工程仿真動畫的表現重點，應該采用較為精確的建模方式，適當增加模型分段數，提高光滑程度，避免在展示的過程中由于模型的精度不夠出現模型缺陷。精確程度要根據腳本中鏡頭設計具體把握，避免無謂的增加模型數據大小。

在對一些涉及復雜機械運動的機械設備仿真時，要注意各零件的坐標系問題。如卸料臂，在對它的各活動部件進行定位時，要特別注意它們的自身坐標系和相關部件的同心軸問題，防止在旋轉動畫制作過程中出現跳轉。在調整自身坐標系時，激活Hierarchy面板下的Affect Pivot Only功能，將坐標系調節到適當位置，使相關部件在旋轉時能夠繞同一中心進行旋轉[3]。

3.2 固定設施模型對象

固定設施和設備模型對象在工程動畫展示中，主要是做為背景表現。在建立模型時，可以在不降低視覺效果的條件下，采用比較粗略的建模方式。在調試的時，要盡量勾選Display面板下的Display as Box選項，將模型以box顯示，提高系統的運行速度，這種操作在設計過程中是十分必要的。另外在建模時，要盡量降低Blone的使用次數，控制模型大小。

3.3 自然環境模型對象

自然環境是工程仿真中不可缺少的表現對象，它主要包括天空、地理環境、主光源等。LNG產業區自然環境，天空模型用橢圓，然后貼以無縫貼圖，產生無縫天空的效果。地理環境大多復雜且不規則，用通常的建模方式來生成地形，生成的數據量很大，影響動畫生成的速度，所以采用貼圖的方式，在平板上貼以地形圖像，有效地控制模型大小，并且有很好的視覺效果。在仿真動畫的設計過程當中，所有場景的設計都要調用同一個自然環境背景，確保環境的統一性。在調用的過程當中，為了避免貼圖信息的丟失，要對文件進行File Archive打包處理，調用打包文件實現文件的共享。

4、基于真實物理過程的動畫實現方法

4.1對象本身的動畫

。

（1）機械物體的動畫。機械物體的動畫主要涉及的就是對象自身的位置變換和自身的機械運動。對于位置的變換動畫可以在3DS MAX中通過路徑綁定或設置關鍵幀的方式來實現。路徑綁定類動畫實現的關鍵之一是路徑的準確繪制，對于二維平面上的路徑直接繪制可以實現，但是對于凸凹不平的三維平面上的路徑來說，這種繪制過程是無法實現的。需要我們首先在一個虛擬的平面上繪制出二維曲線，然后通過投影的方式將二維曲線投影到目標對象上，

（2）柔性物體的動畫。所謂柔性物體，是指工程中沒有固定形態的對象物體，例如液體、氣體等。此類對象在工程中大多是密封狀態保存，運動不規則，對此就要求設計者對它們的表現形式進行設計，在對其自身運動進行模擬外，還要采用容器變透明、切割容器、將攝像機放置到容器內等特殊表現手法對其進行詮釋，表現他們的真實性。

（3）示意性動畫。對于一些復雜的工業過程或是特殊的作業環節，簡單的如實表現往往使觀者很困惑，不理解其中的原理或是作業內容，這是就應該采用示意性動畫的表現手法進行動畫演示，起到傳達信息幫助人們理解的作用。

4.2 攝像機動畫

（1） 移動攝像機。移動攝像機在工程仿真動畫中的應用最為廣泛。在進行產業區瀏覽、場景展示時大多采用移動攝像機的動畫表現方式，通過攝像機的路徑綁定，模擬人眼從不同角度連續觀察對象。

（2）推拉鏡頭。根據人們觀察事物的習慣和邏輯特點，在某些特定場景的表現時，還運用到推、拉鏡頭的表現手法，實現由遠到近或由近到遠的觀察方式。卸料臂與LNG船對接后固定的過程表現，為了清楚表現對接過程，滿足觀者的觀察要求，就利用了拉鏡頭的攝像機動畫，

（3）跟鏡頭。這種表現手法在詮釋生產線運作、液體流向等場景時是比較實用的。如卸料臂卸載液態天然氣，液體沿卸料臂上升的過程就采用了這種表現方式，用攝像機跟蹤液態天然氣流動直至輸送到陸地管線內。使整個液態天然氣的卸載過程清晰的呈現在人們面前，表達信息十分準確。

（4）搖鏡頭。搖鏡頭，這種在普通影視片和傳統工程仿真中很少用到的鏡頭方式，在通過三維動畫技術實現的工程仿真動畫示中是一種常見的表現手法。

5、剪輯

剪輯是三維動畫制作的最后一個步驟，這個步驟也是很重要的，同樣要求設計人員具有導演意識。在這一步驟中，設計人員對前期的片段動畫進行剪切、編排，并加以背景音樂，生成可播放的影音文件[6]。在剪輯時，要特別注意畫面的連續性，對跳躍性特別大的鏡頭要重新設計、重新渲染。音效的添加，除了選擇合適的背景音樂，還要加以適當的真實聲音效果，如機械轉動、輪船汽笛、水泡等，完成工程仿真動畫的設計。

6、結束語

利用三維動畫技術進行工程仿真是為了提供真實的仿真動畫給決策者，降低工程建設和方案選擇的難度，同時起到樹立企業形象和傳達信息的作用。為實現這一目標，該類型仿真動畫應該體現出工程的真實物理過程，直觀的展示工程全貌和工業流程。本文介紹了應用三維動畫技術實現工程仿真的工作流程，討論了針對工程中不同類型對象的真實性表達的方法和技巧，努力尋求最恰當的仿真方法和表現形式。

參考文獻

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關鍵詞：仿真實驗計算器，仿真物理實驗室，探究模式，彈簧振子，數據處理，控制變量法

 

一、新型探究模式的設計緣由

在學習了高中物理人教版（選修3-4）第十一章《機械振動》后，學生了解了單擺和彈簧振子是簡諧運動的兩重要特例，只學習了單擺周期的計算公式，可對彈簧振子的周期表達式學生對此卻一無所知，知道單擺周期只與擺長有關而與擺球質量無關。那彈簧振子周期又與哪些量有關呢？學生對此表現出強烈的好奇心和探究欲。由于實驗環境和實驗條件的限制及對學生動手操作能力要求過高，讓學生在傳統物理實驗室去做，實驗結果往往和物理理論不相符，甚至出現試驗數據相反的情況。于是便萌發了構建一個“仿真實驗計算器”來代替實驗并直接輸出實驗數據的想法，就好像日常生活中用計算器代替心算一樣。讓學生在計算機環境下進行虛擬實驗操作，并利用計算機處理實驗數據，為實驗探究問題提供了新的思路。

二、“仿真實驗計算器”介紹及對中學物理實驗探究的實際意義

“仿真實驗計算器”筆者是在“仿真物理實驗室”這個軟件的環境下實現的。“仿真物理實驗室”是一款全新概念的全開放性教學、課件制作平臺和實驗仿真平臺，它將物理定律全部內置了，并提供了一個實驗器具完備的綜合性實驗室，教師所需要做的只是設置一下實驗的初始環境，仿真物理實驗室都能夠進行仿真。不但可以做出一般實驗室可以做出的實驗，也可以做出一些真實實驗室做不出來的實驗．比如在本軟件中，可以非常輕松地實現閃照功能，可以實時跟蹤顯示運動對象的速度和加速度，讓人一目了然。對于正在學習物理的學生來說，仿真物理實驗室是一個可以體驗探究物理過程、一個可以設計實驗去驗證自己的設想、一個可以自由探索未知世界的實驗探索平臺和自由的想象空間。

“仿真實驗計算器”雖然被認為是實驗數據的計算者和輸出者，但最重要的是它要求實驗者事先從物理現象或問題中探究出物理實驗模型和實驗方案，進而根據被仿真實驗的方案、原理、器材等事先構建好實驗情景，其實這一點是和傳統實驗是一致的，也是實驗的核心所在。在新課程的理念中，注重對學生的自主探究性培養，讓學生自主體驗科學探究，親歷“科學家發現真理”的過程，并把“過程與方法”作為物理教學的一個重要內容，以更好地培養學生的科學素養?；诖?，以往只在大學里被用于大學實驗的模擬仿真實驗，由于其獨特的優勢現在也在中學物理實驗中也被廣泛應用。筆者開設了《探究彈簧振子的周期表達式》的研究性學習課題，讓學生在仿真實驗室這個平臺上充分自主探究，由于仿真物理實驗室制作出的彈簧振子模型交互性非常強，并能提供頻閃照片和實時輸出眾多運動數據和圖像，所以“仿真實驗計算器”為學生提供了處理實驗的一把利器，為學生探究提供便利和可行性。

三、新型科學探究模式展示：探究彈簧振子周期表達例析

探究是學習物理知識的一種重要的方式?？茖W探究都要經歷一個基本的過程：

篇9

[關鍵詞]實驗室開放專用開放實驗室設備共享 綜合能力

目前，一般大學物理實驗室的開放是在正常教學之外的空余時間，實驗室既作教學用，也兼作開放用，這種形式的開放確實提高了實驗室設備的利用率，也提高了學生的動手能力和創新能力。但也存在以下問題；

1、 由于首先要滿足教學的需要，所以時間上不能完全開放，只有在教學任務完成以后的空余時間才能對學生開放，不能滿足所有學生的需要。

2、 設備共享率不高，一般實驗室在同一時間只能放置一套設備，做單一的實驗，很難在不同實驗中實現一機多用式的共享。

3、 由于綜合性、設計性實驗往往需要多種設備的組合使用，實現多種功能，在普通實驗室設備單一，無法實現。

4、 管理困難。由于設備單一，開放單個實驗室不能滿足所有學生的要求，一般都要放開放幾個或十幾個不同的實驗室，在管理人員和指導教師不足的情況下對學生以及設備的管理將帶來困難。

為了克服以上不足，我們作了如下的嘗試：將每個實驗室的兩套備用設備整合在一個實驗室，組成一個由多種不同設備組成的綜合實驗室，將此實驗室從教學中脫離出來專用于對學生開放。這些設備中包括力學、電學、熱學、光學等多種設備。同時，我們為了讓學生能更好地做設計性實驗，我們還整合了兩套用于做物理仿真實驗的計算機，安裝了物理仿真軟件、多媒設計軟件以及DEA電子設計軟件。結果，很大程度上解決了以上的問題。于是，我們提出了構建一個專用于做開放物理實驗的實驗室的初步設想，以供同行們參考。

一、專用于開放的物理實驗室的構建

1、硬件

基礎物理實驗設備 基礎物理實驗室的設備包括力學、電學、熱學、光學等多種設備，由于這是專用于開放，不用于上課，所以每種設備不必太多，一般以兩套為宜。按每學期開15個實驗計算，專用實驗室需放置30套的各類設備，正好組成一個實驗室。學生在做實驗時有許多設備可共享，所以還可少配一些，象直流電源，只要電壓范圍符合要求一般可通用。

設計性物理實驗設備 主要是用于運行物理仿真軟件、EDA電子設計軟件、flash多媒體設計的計算機以及電學部分用到的示波器、信號發生器、穩壓電源、九孔板、面包板、萬用表等。如果經濟條件許可，可配兩套數模電實驗箱，供能力較強的學生使用。當然要配備許多零配件，象測試線、焊錫、電鉻鐵、線夾、元器件等。

2、 軟件

物理仿真軟件 這主要是在做基礎物理實驗前在計算機上通過軟件進行演示，以提前掌握操作過程中所出現的各種情況，避免真正做實驗時走彎路，或者對一些在實驗操作中不易完成的實驗，象高壓電實驗、不易觀察的快速運動實驗，象彈性碰撞過程以及宏觀的萬有引力實驗和微觀的電磁場實驗等進行仿真模擬。我們使用的仿真軟件包括Pro-E、VC 、Matlab、UG以及王曉蒲、霍建青設計的《大學物理仿真實驗》2.0版。

EDA軟件 這是電子設計自動化軟件。用于培養學生運用現代化EDA工具完成各種電子電路及系統設計。加強應用新技術、新方法、新器件的訓練，強化工程能力和創新能力的培養。

多媒體軟件 為了鼓勵師生積極參與設計性實驗，我們在計算機上安裝了多種多媒體設計軟件，讓師生能在做實物前進行多媒體軟件的設計實驗，提高實物設計的成功率。達到少走彎路，節省成本的目的。

3、設備的來源：

全新購置 如果經濟條許可，此種方法較好，一次性購置全新設備，讓參與開放的師生有一種設備精良的感覺，同時也突出學校對開放實驗的重視。從而提高師生參與的積極性，必竟會有多一分投入多一分產出。

閑置設備利用 專用開放的物理實驗室成本不高，一般學校的物理實驗室在配置設務備時，都會考慮多配兩套以備用。象我們學校一般每班學生人數為30人，最多32人，按2人一組計算，配16套設備已夠用，但一般會配置18或20套，以備損壞時備用，那兩套設備平時閑置著，可先“供出”。一般不會影響正常教學，如有急需，臨時可搬回。

舊設備可利用 在設備報費時，一般不會每組設備都不能使用，整套設備有一半不能使用時已不能用于正常教學，只要有足夠年限就申請報費了，另外一半正常設備也隨著進入了儲藏室。這些正常設備完全可再回實驗室與其它正常設備一起放在專用的開放實驗室里發揮“余熱”。

二、專用開放物理實驗室的管理

從其構建的內容看，專用于開放的物理實驗室與普通的物理實驗室不同，設備的種類由原來的單一設備變成了熱、力、電、光等各類設備樣樣齊全。再加上仿真設備以及各種設計軟件，使得實驗室的管理難度大大增加，為確保實驗室開放工作的順利進行，必須有相應的配套措施。

1、完善管理制度，實驗室要根據具體情況制定相應的管理制度，確保實驗室從時間上、管理人員的數量上以及設備的完好率上都能達到正常開放要求。因為專用開放實驗室不擔負教學任務，可以全天候開放，要求上午、下午、晚上甚至周末都要安排人員值班。這樣，實驗室管理人員的上班時間延長了，會給他們的生活帶來不便，需要有相應的制度來保障正常休息，不然會影響實驗室的管理效率，一般可采用輪班制來解決。另外，由于設備種類多，學生可能通過多種設備的組合來完成一個綜合性或設計性的實驗，在不同設備的相互連接方面很容易出現問題，設備的損壞率會增加，這需要制定出一個完善的設備維修制度來確保各種設備都能正常使用。

2、提高管理人員及指導導教師的綜合素質，一般實驗室的開放是每個實驗室僅開放單套設備，管理相對容易，但現在情況不同了，管理員要在一個實驗室內管理好幾種或十幾種設備，甚至還要悉計算機的操作及多種軟件的應用，有時學生提出的是各種各樣的問題，特別是設計性實驗，都是一些平時沒有接觸到的新問題。對管理人員和指導教師來說都是一個極大的戰。管理人員和指導教師需要參加各種培訓或請其他學科教師幫帶才能適應此類工作。

三、注意事項

1、增加維護力量和經費，專用開放實驗室確實給學生帶來了方便，因為全天候開放，設備種類又多，學生可根據需要自由選擇時間、自由組合設備進行做多種實驗，且許多設備可共享，也提高了設備的利用率。但這會帶來一個問題，學生對設備的頻繁搬動和連接，難免會不同程度地造成設備的損壞，增加設備的維護費用和工作量，學校需研究對策加以解決。

2、加強指導力，在專用實驗室內學生同時參與多種實驗，涉及到的內容廣，對指導教師也提出了更高的要求。普通實驗室開放，內容單一，相對較容易指導。但現在多種設備集中在起，不同的學生會提出不同的問題，而且內容多變。要幫他們解決這些問題，遠比講解、輔導一、二門課的工作量要大得多，這就要求指導教師的知識面廣，知識更新更快，既要有扎實的理論基礎，又要有豐富的實驗經驗。原來僅指導一、二門課的實驗教師或剛參加工作的缺乏經驗的教師難以勝任此類開放實驗的要求。另外，實驗時間的延長也顯的指導力不足，這也是必需解決的問題。

四、效果比較

對比原先一個實驗室開放一套設備的做法，專用于開放的實驗室有明顯的優點，首先設備的利用率明顯搞高了。我院物實驗室課的開設對象是理工類專業的班級，并非全院的所有專業，所以在課外對學生開放時，參加開放實驗的學生人數相對有限，而且不同的學生要會要求使用不同的實驗室。在這樣情況下，實驗室管理人員不得不把所有的實驗室都同時開放，這樣，學生較分散。對于每個實驗室來說，參加開放實驗的學生總數占設備總數的比率較低；現在不同專業、不同愛好、不同程度的學生可集中在一個專用實驗室使用設備，學生人數占本實驗設備的比率大大提高了。另外，由于方便多種設備組合使用，程度高的學生可以開展一些綜合性、設計性實驗，可根據自已的設計要求綜合運用多種設備，完成特定的設計要求，真正達到一機多用的目的。這樣的實驗室不只是簡單的把多種設備放在一起而已，它可達到1+1＞2目的。其次，專用開放實驗室沒有正常教學任務，可實行全天開放，對于不同專業、不同班級的學生來說都沒有時間限限制，只要有空余時間就可參與開放實驗，并仔細研究，有效消化。第三，管理效率大大提高了，原來有多少個實驗就需開多少個實驗室，現在只要開放專用實驗室就可以了，不僅節省了人力，而且管理效果得到改善。因為管理人員能直接監控本實驗室的情況，也可現場指導學生如何使用設備，減少了設備的損壞率。第四，管理人員的水平得到了提高，由解決問題的需要，管理人員必需通過多種途徑來提高自已的綜合水平。

結束語

以上組建的專用實驗室好處是明顯的。整體設備來看，它包含了力學、電學、熱學、光學等各種設備，這種一體化的性質決定了實驗的可拓展性，原來只可做單一實驗的設備，現在經過多種設備的不同組合就能實現不同的功能，實驗的范圍大大拓展了，從而能進行的實驗數量也增加了，這是最直接的經濟效益。另外，從軟件設計，實驗過程的演示，到真正進行實物實驗是一條龍進行，學生所學到的知識會更全面，由于軟件演示可重復進行，學生可反復觀察現象，加深理解，掌握的知識更牢固。這樣，對設備的不同組合增加了實驗的綜合性，對課堂上的單一實驗進行深化各創新；從軟件到硬件整個過程的延長，增加了實驗的步驟，使學生的動手能力得到了充分的段煉，這正是目前各高等院校所追求的目標。

[參考文獻]

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[3]邱宗蔭.高等學校實驗室工作實現跨越式發展的幾點思考［J］.實驗室研究與探索,2003,22(2):1-3

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2　音樂，從娃娃抓起

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《仿真物理實驗室》是一個理想的興趣培養工具和學習工具。它由“仿真物理實驗室――主體”、“仿真物理實驗室――光學”和“仿真物理實驗室――電學” 三部分組成。孩子可以在任意組合的實驗環境中，搭建自己的實驗。從自由落體運動，到牛頓擺，彈簧振子實驗；從帶電粒子在電場中的加速與偏轉實驗到太陽系的運行。即使對于還沒有開始學習物理課程的小朋友，也可以通過它了解到許多有趣的自然常識（圖5）。

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